复杂地层桩基础施工质量控制与提升效率方案比选

严剑

【摘要】本文主要以实际工程为依托，对复杂地层桩基础施工中冲击钻、反循环回旋钻和大功率旋挖钻3种施工方法和施工效果进行对比分析，以期确定出最为合适的施工方案。

【关键词】桩基础施工；冲击钻；反循环回旋钻；大功率旋挖钻

引言

在桩基础施工中，钻孔灌注桩施工技术的应用非常广泛，其为桩基础整体施工质量的提升做出了巨大贡献。但是截止目前，在复杂地层内进行桩孔施工仍是困扰我国施工领域的难题，只有选用对复杂地层桩基础最为适用的施工工艺，才能保证桩孔施工质量和施工效率。本研究所涉及的工程为杭州-黄山（高铁）项目杭州桐庐段富春江特大桥（全长为2986.4m），以主墩22#桩基为研究对象，其地层条件为：上层14m范围为卵石漂石，往下4-6m地层是强风化岩石300KPa，再往下为弱风化岩，强度大于450KPa，桩长27m，下面本文就通过分析冲击钻、反循环回旋钻和大功率旋挖钻的工艺特点和施工效果，进一步比较3种成孔工艺在复杂地层条件下的具体实用性，希望能为类似工程施工提供有益借鉴。

一、复杂地层桩基础施工质量控制与提升效率钻孔工艺比较

1.大功率旋挖钻成孔

大功率旋挖钻工艺主要是依靠钻筒取渣方式除渣，采用的是无水循环施工方式，旋挖钻机自带行走履带机构和底盘的大功率钻机，以柴油机为动力，此种施工工艺具有以下几方面优点：成孔速度快，废浆少，噪音低，施工现场整洁，不会对环境造成较大污染；在砂层、土层、淤泥层、砂砾石层均可应用，具有较强的地层适应能力，而且还适用于各种桩基础工程；克服了机械成孔时孔底沉淤土多、桩侧摩擦阻力小、泥浆管理差等缺点，极大提高了施工质量；超方量小，基本上不超方。但在岩石层、卵石漂石层钻进时，钻齿消耗大，影响钻进效率，碾磨使还会产生较大的振动，容易产生偏位，且成本高，不得不采用冲击钻进工艺解决。

采用静态泥浆护壁，孔壁泥皮薄，护壁效果不好，所以孔壁土层稳定性较差。针对钻进易偏斜、易坍塌、难破碎等特点，在实际应用中，需做好焊齿滚刀的焊接工艺、焊条以及焊接母材的选择，本工程专门设计了旋挖斗。为避免钻进发生偏斜，采用外圈掏槽，中间定心；钻进过程中及时采用浓度较大的泥浆补浆，泥浆护壁；为防止塌孔，设置通气孔，以消除抽吸作用；选择较大的筒径，使耐磨条与孔壁间隙之间保持1cm，使其在钻进过程中起到保径、支撑作用。

2.冲击钻成孔

冲击钻成孔主要是利用冲击钻头不断地冲击挤压土壤，将大部分孔内泥土、泥砂、石块、岩渣打碎挤入周围土体，少部分泥砂和岩渣则通过循环泥浆工艺或掏渣筒排渣工艺排到孔外，进而成孔。此类工艺比较适用于含有漂卵石、石块的复杂地层，也能穿透卵石和中等风化基岩。在钻进过程中，土层受到挤压，在孔壁周围形成比较密实的环状土体结构，所以成孔后的孔壁具稳定性较好，不会轻易出现塌孔现象，另一方面，提钻时，冲击钻钻头不提出泥浆面，而且可采用循环泥浆及时补浆，水头高度比较稳定，不易出现缩孔、塌孔现象。

根据地质情况，钻头出量研磨材料提钻时必须经常检查，复杂地层提钻头次数增加，由于钻头底量和外出量在卵石、基岩中磨损严重，所以必须及时修补，这就降低了纯钻进冲击时间，减少了修补钻头的辅助时间，另外就是在提钻时，应在将要达到护筒底部时小心地将钻头慢慢提起，避免碰撞孔口护筒，防止塌孔或护筒错位变形。

根据泥浆循环程序，冲击钻成孔施工中可采用正循环和反循环两种排渣方法。正循环排渣指的是在钻进的同时，通过进浆软管，泥浆泵将泥浆压进钻头底，泥浆和钻渣随着钻孔上升而上升，然后从护筒顶部排浆孔排到沉淀池，钻渣在此得以沉淀，泥浆则进入泥浆池循环使用。在钻进过程中，钻渣数量和钻渣浓度都呈现上升趋势，导致不易排出，需重复碾磨，不利于提高施工效率，而且必须在负压条件下才能工作，对排渣管和砂石泵的密封要求非常严格，稍微出现渗漏，排渣系统就不能正常启动或正常工作，但该工艺也有不易塌孔的优点。

3.反循环回旋钻成孔

回旋钻成孔工主要是利用0.02MPa的静水压护壁钻进的，并采用循环泥浆工艺排渣护壁，因此，防止钻进过程中孔内坍塌、孔斜非常重要。本工程的成孔工艺调整后，主要采用反循环回旋钻成孔，排渣采用气举反循环方式。回旋钻机采用KTY-4000型，该型钻机最大钻孔深度为130m，最大钻孔直径4m，功率285kW，整机自重46t。

二、复杂地层桩基础施工质量控制措施

在具体施工操作过程中很多技术难以控制，以至于引发质量问题，所以它的质量控制是建筑工程中的重要项目，要严格工艺、精细施工、预防为主、治理为辅才能提高钻孔灌注桩质量。钻孔机有高强度的振动会对土层有影响，甚至影响到邻近的孔洞容易形成塌孔、斜孔。所以需要在钻孔的过程中随时对垂直度进行观测和纠正。如果出现斜孔和塌孔要对钻机位置和垂直度进行分析。塌孔不严重可以回填砂砾继续钻孔，塌孔严重需要整个钻孔回填，并且分析是否再进行重新钻孔。要保证成桩质量就必须依靠现行的建筑设计标准。对于原利料质保书要进行严格控制，并且进行取样检测。钻孔机、导管也需要用符合建筑行业规定。

三、施工效果比较

成孔后，对孔形进行检测，并用钻杆测量孔深，然后清孔、安装钢筋笼、浇筑混凝土，最后将钢护筒拔出。根据检测结果，三种成孔质量均达到相关标准。但冲击钻钻头是靠自重下落，成孔垂直度容易得到保障，钻进过程中对地层扰动较小，护筒不易出现偏移现象，桩平面位置易得到保证。另外，在冲击钻成孔施工中，要求进行泥浆循环，所以终孔后的含砂率比采用旋挖钻成孔后的含砂率低，清孔一段时间即可达到规范值，有利于保证桩底质量。

在工作性能方面，冲击钻虽然需人工对准，效率较低，但可通过加大冲程、提高钻进能力提高对高强度岩层的效果，旋挖钻则受最大扭矩限制，难以钻进高强度岩层。在钻孔时间方面，应用大功率旋挖钻，27m长的嵌岩桩成孔时间为9-10d左右，应用冲击钻为4-9.5d左右，应用反循环回旋钻为1-4d；在清孔时间上，反循环回旋钻成孔钻进距离桩底0.3-0.5m时就可进行第一次清孔，清孔与钻进可同时进行，所以清孔时间最短。用电耗费上，冲击钻明显低于大功率旋挖钻和反循环回旋钻。综合上述结果，笔者认为在复杂地层桩基础施工中，可采用冲击钻成孔工艺，

二、结束语

总之，选用对复杂地层桩基础最为适用的施工工艺尤为重要，这是提高桩孔施工质量和施工效率的关键所在。从上文分析来看，冲击钻、反循环回旋钻和大功率旋挖钻均能满足工程施工质量要求，但从总体施工效果来看，在复雜地层桩基础施工中，可优先考虑冲击钻成孔工艺，而覆盖层较厚地段可考虑采用反循环回旋钻和大功率旋挖钻成孔工艺。当然，在类似工程中，还需结合具体情况进行比选。

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